Бозонные кубиты в резонаторах — кошачьи кубиты и GKP на панели карты: Кошачьи кубиты и GKP

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.2 Кошачьи кубиты и GKP — Бозонные кубиты в резонаторах — кошачьи кубиты и GKP (cat)

Идея. Кубит — мода микроволнового резонатора, Бозонная мода резонатора (cavity), чья доминирующая ошибка — потеря фотона. В Кошачьем кодировании (смещённый шум) двухфотонная диссипация удерживает два когерентных состояния порознь: ошибки переворота бита (bit-flip) падают экспоненциально со средним числом фотонов n̄, ошибки переворота фазы (phase-flip) растут линейно, поэтому остальное исправляет линия из d кошачьих кубитов, а не патч d × d; цена — плотность решётки. Ставка: фотоны покупают расстояние, которое решётка покупает кубитами, — если смещение шума переживёт запутывающий вентиль. Альтернативное кодирование Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP, решётка) делит с архитектурой аппаратуру, но не ставку: оно исправляет малые смещения и передаёт наверх аналоговый синдром.

Что ей нужно. Кодирование требует двухфотонной диссипации на моде, а Бозонное каскадирование — внутреннего кубита со смещённым шумом или GKP: архитектура держится на частоте переворотов фазы во время двухкубитного вентиля. Каждый измеренный запутывающий вентиль идёт через анциллу (g_bos) — трансмон, который не сохраняет смещение; Сохраняющий смещение CNOT между кошачьими кубитами, который заменил бы его, — пустой слот с одним предложением, пока лишь в симуляции (июль 2026) [S][81]. Шесть слоёв предлагают по одной технологии. Литографические моды заменяют механически обработанные объёмные резонаторы, а 3D-ветвь конфликтует с решёткой: тела сантиметрового масштаба не замостят плотный 2D-массив (конфликт открыт [82]).

Где она стоит. Семь машин, шесть устройств (табл. 8.3): Alice & Bob Boson 4, Helium 2 ("Galvanic Cat"), Helium (система на площадке заказчика) и запланированный Graphene (2030) [R][828], [873] — недатированные чипы Lithium (48 кошачьих кубитов) и Beryllium (250) не внесены в реестр, пока Alice & Bob не назовёт их сроки; AWS Ocelot; Nord Quantique single-mode GKP и Tesseract. Крупнейшая из них, Helium (18 кошек), введена в эксплуатацию в июне 2026 без логических данных [C][87], [88]. Времена переворота бита достигают 430 с (Boson 4) и предварительных 44 мин в среднем (Helium 2) [C][77]; внешний код запускал только Ocelot: код с повторением при 1.75% (d = 3, n̄ = 1) и 1.65% (d = 5, n̄ = 1.5) за цикл 2.8 µs — расстояние и число фотонов менялись вместе, — при ошибке переворота фазы на CX 9.6(4)×10⁻² против ошибки переворота бита 3.5(4)×10⁻³ [D][80]. 5.8×10⁻² у Helium 2 — это однокубитный вентиль Z, а не двухкубитная ошибка, а 9.6×10⁻² у Ocelot — доля перебросов фазы за цикл коррекции ошибок, не ошибка вентиля, поэтому в табл. 8.3 у архитектуры нет двухкубитной ошибки [C][77]. Nord Quantique single-mode GKP: логическая ошибка 8.1×10⁻³ за раунд, ошибка приготовления и измерения (SPAM) ниже 10⁻³ при выживаемости 0.24 × 0.39 [D][82].

Исключения и заимствования. Ни одной ячейки вне слотов, ни одной лучше подходящей архитектуры; общие отсутствия — декодера реального времени и межсоединения — отмечают раннюю стадию. Пара Nord Quantique: её ячейка декодера — пробел Атласа, ∅G-auton (стабилизация без классической прямой связи), так что слой 8 нарисован слишком узко; в её ячейке кода значится Бозонное каскадирование, хотя ни одна из двух машин не запускает внешнего кода, — как и Boson 4, одиночный кошачий кубит с нулём логических кубитов в дорожной карте [C][92]. GKP входит в архитектуру по аппаратуре, а не по ставке на смещение шума: для его идеи архитектура нарисована слишком широко. Заимствуют: Aurora (фотоника на непрерывных переменных) берёт технологии GKP и кода; Aqumen Seeker, SUSTech biased-erasure cavity qubit и D-Wave gate-model dual-rail system из двухрельсовой архитектуры берут резонатор и вентили.

Следующая проверка. Два ожидания до марта 2028 (§5.2). Первое — ступень дорожной карты Helium, один логический кубит при 10⁻² [R][92]: переворот фазы ≤ 10⁻² за цикл при n̄ ≈ 10 подтверждает; Helium, всё ещё без логических данных к концу 2027, понижает. Второе — измеренный вентиль двух кошачьих кубитов, удерживающий время переворота бита в пределах 10× от простоя; если 2028 начнётся только с вентилями через анциллу, оценки на 126 133 и 758 кошачьих кубитов, предполагающие переворот фазы 10⁻³ за цикл, теряют посылку [S][95], [96]. За GKP остаётся долг — опубликованный вентиль GKP–GKP.

Что говорят строители. AWS выбрала кошачьи кубиты потому, что они подавляют ошибки переворота бита в самом «железе», что и показал её чип Ocelot [D][827]; по оценке компании, такой подход снижает стоимость коррекции ошибок вплоть до 90 % [C][827]. Alice & Bob обещает к 2030 году Graphene — 100 логических кубитов для первого квантового преимущества в промышленных задачах [R][828]; до рецензирования компания сообщила о времени до переворота бита более часа — вчетверо больше, чем нужно этой машине [C][77], а её устанавливаемая у заказчика система Helium рассчитана на кодирование первого логического кубита всего в 18 кошачьих кубитах [C][87], [88]. Nord Quantique встраивает коррекцию в сам кубит — один резонатор на логический кубит [C][829] — и ждёт первых машин с более чем 100 логическими кубитами к 2029 году [R][830].

Машины этой архитектуры (реестр: 7, из них 6 устройств, 6 с вентилями). Alice & Bob — Alice & Bob Graphene (запланирована, 2 000), Alice & Bob Helium (on-premise system) (в эксплуатации, 18), Alice & Bob Helium 2 ("Galvanic Cat") (продемонстрирована, 12), Alice & Bob Boson 4 (продемонстрирована, 1); Nord Quantique — Nord Quantique Tesseract (продемонстрирована, 2), Nord Quantique single-mode GKP (продемонстрирована, 1); AWS Center for Quantum Computing — AWS Ocelot (продемонстрирована, 9).

Ячейки вне слотов архитектуры (2). Nord Quantique single-mode GKP: L8 ∅G-auton (пробел Атласа — no classical decoder: autonomous, feed-forward-free stabilisation with analog closest-vect); Nord Quantique Tesseract: L8 ∅G-auton (пробел Атласа — no classical decoder: autonomous stabilisation with heralded discard; no real-time decoder).